안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
DNA의 이중 나선 구조는 화학적으로 완벽에 가까운 안정성과 가역성을 동시에 갖고 있습니다. 질문하신 것처럼 DNA의 이중 나선 구조는 튼튼하게 결합해 있으면서도 유전 정보를 복제할 때는 지퍼처럼 쉽게 풀리는 핵심은 바로 수소결합 결합력 때문입니다. 관련 내용을 설명해 드리도록 하겠습니다.
DNA를 구성하는 각각의 가닥은 공유결합으로 아주 단단하게 연결되어 있기 때문에, 물리적이나 화학적인 외부 충격에도 유전 정보의 순서 자체가 끊어지거나 뒤섞이지 않고 튼튼하게 보존됩니다. 반면, 두 가닥을 마주 보게 연결하는 염기 사이의 인력은 수소결합입니다. 수소결합은 전기음성도가 큰 원자와 수소 원자 사이의 정전기적 인력으로 일반적인 반데르발스 힘보다는 훨씬 강하지만, 공유결합에 비하면 1/10 정도로 약한 힘입니다.
개별 수소결합의 힘은 약하지만, 수많은 수소결합이 모이면 전체 이중 나선 구조를 흩어지지 않게 꽉 잡아주는 강력한 결속력을 발휘합니다. 여기에 납작한 평면 구조인 염기들이 층층이 포개지며 발생하는 소수성 상호작용이 더해져, 세포 내 생리적 환경에서 이중 나선은 매우 튼튼하고 안정적인 형태를 유지합니다. 하지만 세포가 분열하여 유전 정보를 복제하거나 단백질을 만들기 위해 전사를 해야 할 때는 이중 나선을 열어야만 내부의 정보를 읽을 수 있기 때문에 염기 사이는 적당한 세기의 수소결합으로 연결되어 국소적인 에너지만 가해도 마치 지퍼를 내리듯 양 갈래로 부드럽게 풀리게 됩니다. 복제가 끝난 후에는 별도의 복잡한 화학 반응이나 효소의 도움 없이도, 상보적인 염기들끼리 자발적으로 다시 수소결합을 형성하여 원래의 안정적인 이중 나선 구조로 돌아갑니다.